Forschungsschwerpunkt

Automatisierung in der Flugzeugmontage

Zielbranche

Automobilindustrie, Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, Maschinenbau

Problemstellung

Das Flugaufkommen hat in den letzten Jahrzehnten rasant zugenommen. Um den entsprechend hohen Bedarf an Transportmitteln zu decken, ist eine Modernisierung der Fertigungsabläufe im Flugzeugbau unumgänglich. Bislang erfolgt die Tragflächenmontage überwiegend noch manuell, wodurch nur geringe Stückzahlen hergestellt werden können. Dies liegt am Aufbau der Tragflächen. Um die notwendige Belastbarkeit und Flexibilität gewährleisten zu können, setzen sich diese in der Regel aus voneinander abgetrennten, nur wenige Quadratmeter großen »Kammern« zusammen. Das Montagepersonal muss sich durch enge Öffnungen, sogenannte Mannlöcher, Zugang zu diesen Arbeitsräumen verschaffen, um dort die Tragflächenkomponenten mit Passschrauben zu befestigen und Nahtstellen abzudichten. Dementsprechend zeitaufwändig, körperlich anstrengend und ermüdend ist die Prozedur.

Konventionelle Industrieroboter gelangen nicht durch die engen Öffnungen. Mit ihren starren Gliedern erreichen sie auch nicht den hintersten Winkel der bis zu fünf Meter langen Arbeitsräume. Erforderlich ist daher ein schlanker Roboter, der zudem extrem verschränkungsfähig ist.

Lösung

Eine solche Automatisierungslösung mit beweglichen Gliedern wird am Fraunhofer IWU in Chemnitz im Rahmen eines von der Sächsischen Aufbaubau (SAB) geförderten Projekts entwickelt.

Der Roboter setzt sich aus acht Achsgelenken zusammen. Durch die speziell entwickelten kurzen Dreh- und Kippgelenke kann er sehr enge Bahnradien abfahren und sich in die entlegensten Ecken der Kammern schlängeln. Der insgesamt 2.5 Meter lange Schlangenroboter ist in der Lage, bis zu 15 Kilogramm schwere Werkzeuge zu tragen und somit produktionsrelevante Arbeiten zu verrichten. Neben der Tragfähigkeit ist die Beweglichkeit jedes einzelnen Roboterglieds eine Herausforderung. Die Struktur und die Funktionsweise der einzelnen Glieder sind dem Muskelaufbau in der Hand nachempfunden. Ein speziell entwickelter Antriebsmechanismus aus Spindeltrieb und Seilzugsystem macht dabei überhaupt erst den Einsatz sehr kleiner Antriebsmotoren und damit die Umsetzung einer kompakten, für den begrenzten Arbeitsraum geeigneten, Bauweise möglich. Bei Aufbau und Bewegungsablauf des Roboters haben sich die Wissenschaftler an Vorbildern aus der Natur orientiert - so erhielt der »Snake-Roboter« seinen Spitznamen. 

© Fraunhofer IWU

Wie eine Schlange windet sich der Roboter durch die enge Öffnung in den Innenraum der Tragfläche. Mit seinen kurzen Dreh- und Kippgelenken erreicht er den hintersten Winkel der Kammer.